package DataStructures.Graph;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.LinkedList;

public class Graph {

    //存储顶点集合
    private ArrayList<String> vertexList = new ArrayList<>();
    //存储图对应的邻接矩阵
    private int[][] edges;
    //边的条数
    private int numOfEdges;
    //定义一个数组boolean[] 记录某个结点是否被访问
    private boolean[] isVisited;

    public static void main(String[] args) {
        //测试一把
        //结点个数
        int n = 5;
        String Vertexs[] = {"A", "B", "C", "D", "E"};
        //创建图对象
        Graph graph = new Graph(n);
        //循环地添加顶点
        for (String value : Vertexs) {
            graph.insertVertex(value);
        }
        //添加边
        //A-B A-C B-C B-D B-E
        graph.insertEdge(0, 1, 1);
        graph.insertEdge(0, 2, 1);
        graph.insertEdge(1, 2, 1);
        graph.insertEdge(1, 3, 1);
        graph.insertEdge(1, 4, 1);

        //显示一把邻接矩阵
        graph.showGraph();

        //测试一把dfs
        System.out.println("深度优先遍历");
        graph.dfs();
//        System.out.println();
//        System.out.println("广度优先遍历");
//        graph.bfs();
    }

    //构造器 n为顶点个数
    public Graph(int n) {
        //初始化矩阵和集合
        edges = new int[n][n];
        vertexList = new ArrayList<String>(n);
        //初始化边数
        numOfEdges = 0;
        isVisited = new boolean[5];
    }

    //得到第一个邻接结点的下标
    /**
     *
     * @param index
     * @return 如果存在就返回对应的下标 否则返回-1
     */
    public int getFirstNeighbor(int index) {
        for (int j = 0 ; j < vertexList.size() ; j++) {
            if (edges[index][j] > 0) {
                return j;
            }
        }
        return -1;
    }

    //根据前一个邻接结点的下标来获取下一个邻接结点
    public int getNextNeighbor(int v1, int v2) {
        for (int j = v2 + 1 ; j < vertexList.size() ; j++) {
            if (edges[v1][j] > 0) {
                return j;
            }
        }
        return -1;
    }

    //深度优先遍历
    //i第一次就是0
    private void dfs(boolean[] isVisited, int i) {
        //首先我们访问该结点 并输出
        System.out.print(getValueByIndex(i) + "->");
        //将结点设置为已经访问
        isVisited[i] = true;
        //查找结点i的第一个邻接结点w
        int w = getFirstNeighbor(i);
        while (w != -1) {//说明有邻接结点
            if (!isVisited[w]) {
                dfs(isVisited, w);
            }
            //如果w结点已经被访问过
            w = getNextNeighbor(i, w);
        }
    }

    //对dfs进行重载 遍历我们所有的结点
    public void dfs() {
        //遍历所有的结点 进行dfs(回溯)
        for (int i = 0 ; i < getNumOfVertex() ; i++) {
            if (!isVisited[i]) {
                dfs(isVisited, i);
            }
        }
    }

    //对一个结点进行广度优先遍历的方法
    private void bfs(boolean[] isVisited, int i) {
        //表示队列的头结点对应的下标
        int u;
        //邻接结点w
        int w;
        //队列 结点访问的顺序 用LinkedList是因为他有addLast和removeFirst方法
        LinkedList queue = new LinkedList();
        //访问结点 输出结点信息
        System.out.print(getValueByIndex(i));
        //标记为已访问
        isVisited[i] = true;
        //将结点加入队列
        queue.addLast(i);

        while (!queue.isEmpty()) {
            //取出队列的头结点的下标
            u = (Integer)queue.removeFirst();
            //得到第一个邻接结点的下标w
            w = getFirstNeighbor(u);
            while (w != -1) {//找到
                //是否访问过
                if (!isVisited[w]) {
                    System.out.print(getValueByIndex(w) + "=>");
                    //标记已经访问
                    isVisited[w] = true;
                    //入队列
                    queue.addLast(w);
                }
                //以u为前驱点 找w后面的下一个邻接结点
                w = getNextNeighbor(u, w); //体现出广度优先
            }
        }
    }

    //遍历所有的结点 都进行bfs
    public void bfs() {
        for (int i = 0 ; i < getNumOfVertex() ; i++) {
            if (!isVisited[i]) {
                bfs(isVisited, i);
            }
        }
    }

    //图中常用的方法
    //返回结点的个数
    public int getNumOfVertex() {
        return vertexList.size();
    }

    //得到边的数目
    public int getNumOfEdges() {
        return numOfEdges;
    }

    //返回结点i(下标)对应的数据
    public String getValueByIndex(int i) {
        return vertexList.get(i);
    }

    //返回v1和v2的权值
    public int getWeight(int v1, int v2) {
        return edges[v1][v2];
    }

    //显示图对应的矩阵
    public void showGraph() {
        for (int[] link : edges) {
            System.out.println(Arrays.toString(link));
        }
    }

    //插入结点
    public void insertVertex(String vertex) {
        vertexList.add(vertex);
    }

    //添加边
    //v1表示点的下标 即第几个顶点
    //v2表示第二个顶点的下标
    //weight表示权值
    public void insertEdge(int v1, int v2, int weight) {
        edges[v1][v2] = weight;
        edges[v2][v1] = weight;
        numOfEdges++;
    }
}
